JPH0942606A - 貫流ボイラ蒸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷降下時における火炉水冷壁出口蒸気温度
の変動を抑えることができる貫流ボイラ蒸気温度制御装
置を提供すること。 【構成】 ボイラ給水ポンプ２の給水は高圧給水加熱器
３、節炭器４を経て火炉水冷壁１へ供給され、火炉水冷
壁１の蒸気は煙道蒸発器５、図示しない過熱器を経て高
圧タービンへ送られ、そこで仕事を終えた蒸気の一部が
高圧タービン抽気ライン１０ａを通って加熱器３を加熱
する。負荷降下時、火炉水冷壁の蓄熱がその出口蒸気温
度を上昇させようとするが、高圧タービン抽気バイパス
ライン１０ｂの高圧タービン抽気バイパス弁１０ｃを負
荷要求信号および火炉水冷壁出口蒸気温度検出器１９の
検出値に基づいて調節し、高圧タービン抽気をバイパス
させることにより給水温度を低下させて火炉水冷壁出口
蒸気温度の変動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変圧ベンソンボイラ等
の負荷負荷減少時に火炉水冷壁出口蒸気温度を制御する
のに好適な貫流ボイラ蒸気温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧ベンソンボイラは、負荷に応じてボ
イラ圧力を変化させるボイラである。この変圧ベンソン
ボイラを図３により説明する。図３は従来の変圧ベンソ
ンボイラの系統図である。この図で、１は火炉水冷壁、
２は火炉水冷壁１に給水するボイラ給水ポンプ、３はボ
イラ給水ポンプ２からの給水を加熱する給水加熱器、４
は節炭器、５は節炭器４の出口流体のスチーミングを防
止する煙道蒸発器、６は気水分離器、７は気水分離器６
で分離された蒸気を過熱する一次過熱器、８は二次過熱
器、９は三次過熱器、１０は三次過熱器９からの蒸気で
駆動される高圧タービンである。１１は気水分離器５で
分離された水を貯める貯水タンク、１２は貯水タンク１
１の水を火炉水冷壁１へ再循環させる再循環ポンプ、１
３は再循環ポンプ１２からの流量を調整するボイラ再循
環流量調整弁である。１４は二次過熱器８の入口に加熱
器３からの給水の一部を供給してその出口蒸気温度を調
節する一次スプレ弁、１５は三次過熱器９の入口に加熱
器３からの給水の一部を供給してその出口蒸気温度を調
節する二次スプレ弁である。１０ａは高圧タービン１０
で仕事をした蒸気の一部を抽気してこれを加熱器３へ導
く高圧タービン抽気ラインであり、加熱器３は高圧ター
ビン抽気により給水を加熱する。このような変圧ベンソ
ンボイラの動作はよく知られているので、説明は省略す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ボイラの運転中、
一次スプレ弁１４および二次スプレ弁１５を調節してス
プレ量を増加させたとしても、ヒートバランス上、静定
状態では過熱器出口温度は一定値となり、過渡状態にお
いてのみ蒸気温度制御に効果を有するものであるのは明
らかである。

【０００４】一方、上記変圧ベンソンボイラでは、低負
荷時のプラント効率を向上させるため、負荷に応じて蒸
気圧力を変える、いわゆる変圧運転が行われる。これを
図４に示す。図４は変圧ベンソンボイラにおける負荷に
対する蒸気圧力の変化の一例を示す図であり、横軸に負
荷、縦軸に蒸気圧力がとってある。負荷降下時、負荷の
減少に伴って蒸気圧力も低下するので、火炉水冷壁１の
出口蒸気温度も低下する。この場合、火炉水冷壁１の伝
熱管温度は大きな熱容量を有するため、その温度低下は
蒸気温度の低下に対して遅れをもって低下する。このた
め、火炉水冷壁１の伝熱管温度と水／蒸気温度との温度
差が大きくなり、伝熱管の蓄熱量が蒸気側に放出される
ので、火炉水冷壁１の出口蒸気温度は一時的に上昇す
る。この温度上昇は、下流側の過熱器の蒸気温度制御に
対して大きな外乱となり、当該過熱器の蒸気温度の制御
を困難にする。なお、この場合、節炭器４、火炉水冷壁
１、および各過熱器７、８、９の熱吸収量の大半は火炉
水冷壁１で占められている。

【０００５】このような負荷降下時における火炉水冷壁
１の出口蒸気温度の上昇を抑える手段として、ガス再循
環流量を増加させて火炉内温度を低下させる方法と、水
燃比、即ち給水量に対する燃料量の比率を減少させる
（燃料量を絞る）方法が採用されている。しかし、前者
は、大きなガス再循環ファンを必要とし、その駆動動力
が大きく、かつ、その設置面積も大きくなるので好まし
くなく、採用を見合わせる方向にある。

【０００６】又、後者は、燃料量を絞ると火炉出口ガス
温度が低下し、燃焼ガス量も低下するので、接触伝熱部
の熱吸収量が低下する。図５は各接触伝熱部の配置図で
ある。この図で、図３に示す部分と同一部分には同一符
号が付してある。１７は再熱器、１８はパラレルダンパ
である。図示のように、火炉出口には、節炭器４、煙道
蒸発器５、一次過熱器７、二次過熱器８、三次過熱器
９、および各再熱器１７が配置されており、燃料量を絞
ることによりこれら接触伝熱部の熱吸収量が低下するの
は明らかである。そして、これら接触伝熱部のうち、各
過熱器および煙道蒸発器５にとって熱吸収量の減少は好
都合であるが、再熱器１７の熱吸収量の減少は、再熱器
１７の出口蒸気温度の低下を招くという問題が生じる。
即ち、再熱器１７の出口蒸気温度は専ら火炉出口ガス温
度に依存し、他の制御手段では当該温度の制御はできな
いので、再熱器１７の熱吸収量の減少は直ちにその出口
蒸気温度の低下を生じ、中圧タービンへ所要の温度の上
記を供給できなくなる。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、負荷降下時における火炉水冷壁出口蒸気温
度の変動を抑えることができる貫流ボイラ蒸気温度制御
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、給水ポンプと、この給水ポンプから火炉
水冷壁への給水を加熱する加熱器と、この加熱器に高圧
タービン抽気を導くラインとを備えたボイラにおいて、
前記火炉水冷壁の出口蒸気温度を検出する温度検出器
と、前記ラインをバイパスするバイパスラインと、この
バイパスラインに設置されたバイパス弁と、前記温度検
出器の検出値に基づいて前記バイパス弁の開度を制御す
る制御部とを設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】火炉水冷壁へ供給される給水は加熱器において
高圧タービン抽気により加熱されている。負荷低下時に
火炉水冷壁の伝熱管の蓄熱量が蒸気側に放出され、火炉
水冷壁の出口蒸気温度が一時的に上昇しようとするが、
負荷要求信号の低下と火炉水冷壁出口蒸気温度に応じて
バイパス弁が調整され、バイパスラインから高圧タービ
ン抽気がバイパスされるので、加熱器における給水の加
熱が減少し、給水温度が低下して火炉水冷壁出口蒸気温
度の上昇を抑える。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係るボイラ蒸気温度制御
装置の要部の系統図である。この図で、図３に示す部分
と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略
する。１０ｂは高圧タービン抽気ライン１０ａおよび加
熱器３をバイパスする高圧タービン抽気バイパスライ
ン、１０ｃは高圧タービン抽気バイパスライン１０ｂに
介在する高圧タービン抽気バイパス弁である。１９は火
炉水冷壁出口蒸気温度を検出する火炉水冷壁出口蒸気温
度検出器、２０は高圧タービン抽気バイパス弁１０ｃを
制御する制御部である。図１では、図３に示す気水分離
器６、各過熱器７、８、９、高圧タービン１０、貯水タ
ンク１１、ボイラ再循環ポンプ１２、ボイラ再循環流量
調整弁１３、一次スプレ弁１４、二次スプレ弁１５の図
示は省略されている。

【００１１】図２は図１に示す制御部２０のブロック図
である。この図で、２１は負荷要求信号、２２は火炉水
冷壁出口蒸気温度検出器１９の検出信号である。２３は
微分器、２４は係数器、２５は関数発生器、２６は引算
器、２７は調節計、２８は加算器である。

【００１２】次に、本実施例の動作を説明する。負荷要
求信号２１は微分器２３に入力され、この微分器２３の
出力信号は負荷要求信号２１の変化（低下）が急激なほ
ど大きくなる。微分器２３の信号は係数器２４に入力さ
れ、所定の係数（制御ゲイン）が乗算されて加算器２８
に出力される。一方、負荷要求信号２１は関数発生器２
５に入力され、関数発生器２５は当該負荷要求信号２１
に対応した火炉水冷壁出口蒸気温度設定値信号を作成す
る。引算器２６は、火炉水冷壁出口蒸気温度検出器１９
で検出された火炉水冷壁出口蒸気温度信号と、関数発生
器２５で作成された火炉水冷壁出口蒸気温度設定値信号
との差を演算し、この差の信号は調節計２７を経て補正
信号として加算器２８へ入力される。加算器２８は係数
器２４からの信号を、これに調節計２７からの差の信号
を加算することにより補正し、この補正された信号を高
圧タービン抽気バイパス弁１０ｃに出力する。

【００１３】上記本実施例の構成により、高圧タービン
抽気バイパス弁１０ｃの開度は、負荷要求信号２１の低
下の度合いが大きければ大きいほど、かつ、火炉水冷壁
出口蒸気温度が高ければ高いほど、大きくなり、高圧タ
ービン抽気バイパスライン１０ｂのバイパス流量を大き
くして加熱器３の出口給水温度を低下させる。このた
め、特に負荷の急速降下時、前述のように伝熱管の蓄熱
量が蒸気側に放出され、火炉水冷壁１における水／蒸気
の熱吸収量が静特性時の値より増加しても、加熱器３の
出口給水温度が静特性時の温度よりも低下しているの
で、火炉水冷壁出口蒸気温度の変動を抑え、これを設定
値の近傍に維持することができ、ひいては、各部蒸気温
度の挙動（変化）が静特性に近い範囲に維持されること
になり、タービンをはじめ、ボイラ各部構造物の寿命消
費を低減することができる。

【００１４】又、これにより、節炭器４の出口流体のス
チーミングを防止することもできるので、火炉水冷壁に
おける流動不安定を防止することができ、かつ、煙道蒸
発器の伝熱面積を低減することもできる。さらに、火炉
水冷壁出口蒸気温度が設定値の近傍に維持されることに
より、過熱器および再熱器の熱吸収量は、スプレ弁１
４、１５による過熱器スプレ流量とパラレルダンパ２０
により容易に制御することができる。

【００１５】なお、上記実施例の説明では、変圧ベンソ
ンボイラについて説明したが、これに限ることはなく、
本発明は貫流ボイラ全般に適用することができるのは明
らかである。又、上記実施例の説明では、ボイラの負荷
下降時について説明したが、負荷上昇時には、火炉に供
給された熱量の一部は火炉水冷壁１の昇温に利用される
ので火炉水冷壁１の出口蒸気温度の上昇には遅れを伴う
ものの、これに対しては、水燃比を減少させて（燃料量
を増加させて）火炉水冷壁出口蒸気温度の昇温を加速さ
せるとともに、パラレルダンパ２０によるパラレルガス
パスのうち再熱器側のガス流量配分を減少させることに
より、燃料量増加に伴う再熱器出口蒸気温度の上昇を抑
えることで対処することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、高圧タ
ービン抽気を導くラインをバイパスするバイパスライン
を設け、このバイパスラインの流量を制御するようにし
たので、負荷の降下時、加熱器の出口給水温度を低下さ
せて火炉水冷壁出口蒸気温度の変動を抑え、これを設定
値の近傍に維持することができ、ひいては、各部蒸気温
度の挙動（変化）が静特性に近い範囲に維持されること
になり、タービンをはじめ、ボイラ各部構造物の寿命消
費を低減することができる。又、これにより、節炭器４
の出口流体のスチーミングを防止することもできるの
で、火炉水冷壁における流動不安定を防止することがで
き、かつ、煙道蒸発器の伝熱面積を低減することもでき
る。さらに、火炉水冷壁出口蒸気温度が設定値の近傍に
維持されることにより、過熱器および再熱器の熱吸収量
は、スプレ弁による過熱器スプレ流量とパラレルダンパ
２０により容易に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るボイラ蒸気温度制御装置
の要部の系統図である。

【図２】図１に示す制御部のブロック図である。

【図３】従来のボイラ蒸気温度制御装置の系統図であ
る。

【図４】変圧ベンソンボイラにおける負荷に対する蒸気
圧力の変化の一例を示す図である。

【図５】各接触伝熱部の配置図である。

【符号の説明】

１ 火炉水冷壁 ２ ボイラ給水ポンプ ３ 高圧給水過熱器 ４ 節炭器 ５ 煙道蒸発器 １０ａ 高圧タービン抽気ライン １０ｂ 高圧タービン抽気バイパスライン １０ｃ 高圧タービン抽気バイパス弁 １９ 火炉水冷壁出口蒸気温度検出器 ２０ 制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給水ポンプと、この給水ポンプから火炉
   水冷壁への給水を加熱する加熱器と、この加熱器に高圧
   タービン抽気を導くラインとを備えたボイラにおいて、
   前記火炉水冷壁の出口蒸気温度を検出する温度検出器
   と、前記ラインをバイパスするバイパスラインと、この
   バイパスラインに設置されたバイパス弁と、負荷要求信
   号および前記温度検出器の検出値に基づいて前記バイパ
   ス弁の開度を制御する制御部とを設けたことを特徴とす
   る貫流ボイラ蒸気温度制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記制御部は、前記
   負荷要求信号を微分して当該負荷要求信号の変化の速さ
   に応じた値を出力する微分手段と、前記負荷要求信号に
   応じて前記火炉水冷壁の出口蒸気温度の設定値を作成す
   る設定値作成手段と、この設定値作成手段で作成された
   設定値と前記温度検出器で検出された検出値との偏差を
   演算する第１の演算手段と、前記微分手段から出力され
   た値を前記第１の演算手段で演算された偏差で補正して
   前記バイパス弁へ出力する第２の演算手段とで構成され
   ていることを特徴とする貫流ボイラ蒸気温度制御装置。